金光輝

（沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽 110045）

1 模擬量實驗掛板的簡介

實驗板正面設(shè)有接線用的臺階插座、按鈕、開關(guān)以及聲光顯示和運(yùn)動機(jī)構(gòu)等器件。背面設(shè)為單面印刷電路板,裝有實驗所需的電氣元件。這個實驗掛板為模擬量轉(zhuǎn)速控制實驗板?？梢赃M(jìn)行模擬量的基本實驗和轉(zhuǎn)速實驗。

1.1 實驗掛板

實驗掛板上方有兩路0～5V模擬量電壓信號源，有兩路0～10V模擬量高精度三位半電壓指示儀表。還有一塊高精度三位半的計數(shù)、頻率、轉(zhuǎn)速儀表。實驗掛板下方有直流微電機(jī)調(diào)速實驗區(qū)，該電機(jī)可以直接接0～5V模擬量電壓信號源進(jìn)行調(diào)速（生產(chǎn)調(diào)試和設(shè)備驗收的檢驗方法），也可以由PLC模擬量輸出信號進(jìn)行控制，根據(jù)PLC的邏輯運(yùn)算結(jié)果來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。此電機(jī)帶動圓盤旋轉(zhuǎn)，通過光電開關(guān)檢測元件產(chǎn)生脈沖信號。該脈沖信號可以接實驗板上的高精度三位半的頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)儀表，直接觀察圓盤轉(zhuǎn)動運(yùn)行數(shù)據(jù)。頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)表的工作電源為5V。最好在PLC上運(yùn)行一個定時處理程序。以在數(shù)據(jù)溢出時，定時地經(jīng)過PLC的輸出點(diǎn)對其及時復(fù)位，使其能正常顯示。

該脈沖信號還可以接到PLC高速脈沖輸入端，通過PLC程序進(jìn)行高速計數(shù)，以實現(xiàn)頻率、轉(zhuǎn)速的檢測。檢測信號與設(shè)定值相減，得到偏差信號。PLC再對這個偏差信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，再加載給電機(jī)，這樣即構(gòu)成了電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這能提高電機(jī)機(jī)械特性的硬度，擴(kuò)大調(diào)速范圍。

使用實驗板做晶體管可編程序控制器高速脈沖脈沖量輸出實驗時需要測量輸出高速脈沖的頻率，應(yīng)該使用頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)表，以便與PLC所設(shè)定輸出脈沖頻率數(shù)據(jù)值比較，判斷實驗結(jié)果。

使用頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)表的接線圖如下，由于頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)表的測量端與工作電源共地，負(fù)極相連接，只有采用圖1接線方法，而其他脈沖量的控制對象則不用受此限制。

圖1 晶體管PLC

圖1實驗接線原理圖，適合脈沖量控制對象有實驗板上的頻率、轉(zhuǎn)速、計數(shù)表。

1.2 模擬量的基本知識

在模擬量實驗前，首先要了解模擬量輸入、輸出信號的接線，輸入、輸出電壓信號的性質(zhì)、范圍。接線要求要準(zhǔn)確無誤。接線時要注意電壓的極性和范圍，特別是0～5V還是0～10V，避免接錯。不得將直流24V電壓接到模擬量輸出端口，以免將模擬量模塊損壞。

模擬量信號有六種，0～5V電壓信號、1～5V電壓信號、-10～+10V電壓信號、0～+10V電壓信號、4～20mA電流信號、0～20mA電流信號。

模擬量4～20mA電流信號在工程中最為常用，其主要優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)。一般來講，學(xué)生對電流源的理解、測量和使用，不如對電壓源熟悉。所以，要在實驗中對此予以訓(xùn)練。

模擬量4～20mA電流信號可以轉(zhuǎn)換成1～5V電壓信號，實現(xiàn)的方法很簡單，用電流信號源帶動一個250Ω的電阻就可以了。

模擬量的輸入輸出信號的種類和數(shù)據(jù)范圍（圖2）。

圖2

要使模擬量模塊正常工作，首先要求PLC運(yùn)行相關(guān)的初始化程序。而初始化程序要由用戶按對模擬量模塊工作要求設(shè)計。另外，還要了解模擬量的數(shù)據(jù)格式及相應(yīng)轉(zhuǎn)換。做完實驗一這個模擬量認(rèn)識實驗，將為后面其它的實驗，打基礎(chǔ)，做準(zhǔn)備。將模擬量電壓信號接PLC模擬量擴(kuò)展單元輸入端，將PLC模擬量擴(kuò)展單元的輸出端接上模擬量電壓指示儀表，配合其他一些開關(guān)量的輸入和輸出信號以及脈沖量的輸入信號和輸出信號，就可以進(jìn)行簡單的模擬量基本實驗。

1.3 模擬量實驗的接線方法

模擬量入、模擬量出的接線示意圖如圖3。

圖3 實驗接線原理圖

1.4 溫度、轉(zhuǎn)速的斷續(xù)控制與脈沖控制

本實驗板的溫度與轉(zhuǎn)速控制還可采用晶體管輸出點(diǎn)控制，即采用脈沖量的PWM（也叫脈寬量占空比調(diào)節(jié)）控制技術(shù)實現(xiàn)，這是另一種常用的控制方式，屬于脈沖量控制范疇。由于硬件上已經(jīng)具備脈沖量的實驗條件，我們也將這些技術(shù)收編在這里，并提供實驗程序，為用戶實驗開發(fā)提供參考。

備注：內(nèi)置電位器地址SMB28及SMB29。

2 結(jié)語

PID控制也是模擬量控制的一種方法，參數(shù)要根據(jù)經(jīng)驗在現(xiàn)場反復(fù)調(diào)試才能完成，調(diào)試時要耐心和細(xì)心。對應(yīng)PID控制方法也提供了實驗參考程序。溫度控制的要求是多種多樣的，恒溫控制僅是其中的一種。許多場合，例如制藥過程的溫度控制，是由生物繁殖工藝要求所決定的。其溫度的設(shè)定值隨時間按曲線變化。因此，要在恒溫控制的基礎(chǔ)上增加改變設(shè)定值的相應(yīng)控制。這個控制可用PLC程序?qū)崿F(xiàn)，但最好還是用人機(jī)界面（觸摸屏）或個人計算機(jī)加組態(tài)監(jiān)控軟件配合實現(xiàn)。因后者可在觸摸屏或計算機(jī)屏幕上觀察和設(shè)定這個溫度曲線。這樣，會使實驗內(nèi)容變得更加豐富。而且，必要時可以增加課程設(shè)計環(huán)節(jié)來完成這些實驗。